JP6546943B2 - タッチパネル機能内蔵表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、タッチパネル機能内蔵表示装置に関する。

一般に、有機エレクトロルミネセンス（electroluminescence：ＥＬ）表示装置は、複数行、複数列に並べられた複数の表示画素によって表示画面を構成する。

各表示画素は、自己発光素子である有機ＥＬ素子、および、この有機ＥＬ素子に駆動電流を供給する画素回路により構成される。有機ＥＬ素子の発光輝度を制御することにより、表示画素の表示動作が行われる。

表示装置は、表示画面に触れたことによって生じる容量変化を検出するタッチパネル機能を備えてもよい。このタッチパネル機能を備える表示装置は、表示画面に人の指が近づいた場合に、指と、表示画面に形成されたセンサ電極との間の容量変化に基づいて、表示画面上における指の位置を検出する。

特許第５１６１１６５号公報

従来のタッチパネル機能内蔵表示装置は、表示装置の上面にマトリクス状の電極が形成されたタッチパネルを貼り合わせて構成される。以下、この方式を外付け方式と呼ぶ。外付け方式では、表示装置の厚さにタッチパネルの厚さ及び重量が加わり、表示装置全体で厚さ及び重量が増す場合がある。また、外付け方式では、表示装置とタッチパネルとが貼り合わされるため、工程が増加し、部材コストが増大する。さらに、外付け方式では、追加のガラス基板が必要となるために表面入射光の反射が増えて表示品位が低下する場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、厚さ及び重量、工程、部材コストの増加と表示品位の低下とを回避できるタッチパネル機能内蔵表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るタッチパネル機能内蔵表示装置は、アレイ基板、配線層、有機発光層、封止層、センサ電極、回路基板を備える。配線層は、アレイ基板に形成される。有機発光層は、アレイ基板上に形成される。封止層は、有機発光層の上に形成される。センサ電極は、封止層のアレイ基板と反対側に形成され、配線層と電気的に接続される。回路基板は、配線層に接続される。センサ電極は異なる方向に延伸して交差する第１のセンサ電極と第２のセンサ電極からなり、第１のセンサ電極と第２のセンサ電極は対向基板の両面に対向して配置し、第１のセンサ電極と第２のセンサ電極はそれぞれメタル材料で形成
され、第１のセンサ電極と第２のセンサ電極の少なくとも一方は有機発光層の各々を平面視で囲むようにパターニングされ、対向基板のアレイ基板と対向する側にカラーフィルタとブラックマトリックスを形成し、第１のセンサ電極はブラックマトリックスと平面的に重なるようにブラックマトリックスのアレイ基板と対向する側に形成される。

本実施形態に係る表示装置の概略の一例を示す断面図。 本実施形態に係る対向基板の下面側の一例を示す平面図。 本実施形態に係る対向基板の上面側の第１の例を示す平面図。 本実施形態に係る対向基板の上面側の第２の例を示す平面図。 本実施形態に係る表示装置の模式的構成の一例を示す斜視図。 従来の有機ＥＬ表示装置の模式的構成の一例を示す斜視図。 本実施形態に係る対向基板の画素の一例を示す平面図。 センサ電極の一例を示す平面図。 対向基板、アレイ基板、フレキシブルプリント回路基板の模式的構成の一例を示す斜視図。 本実施形態に係る表示装置の表示部の表示タイミングとタッチパネル部のタッチ検出タイミングとの関係の一例を示す図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。

図１は、本実施形態に係る表示装置１の概略の一例を示す断面図である。

表示装置１は、画面からの情報入力が可能なタッチパネル機能を内蔵するインセル型有機ＥＬ表示装置である。なお、表示装置１は、タッチパネル機能を内蔵し、封止層を備える他の表示装置、例えば有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode：ＯＬＥＤ）を備えた表示装置、液晶表示装置であってもよい。図１における上側は、表示装置１の表面側（外側）であり、下側は、表示装置１の裏面側（内側）である。

表示装置１では、アレイ基板２と、対向基板３とを貼り合わせた構成を持つ。本実施形態において、対向基板３は、対向カラーフィルタ（Color Filter：ＣＦ）基板であるとする。本実施形態において、図１におけるアレイ基板２から電子注入層１０までを表示部（有機ＥＬ駆動部）１Ａとし、色層１４からセンサ電極１６ｂまでをタッチパネル部１Ｂとする。

アレイ基板２には、配線層４と配線層５とが形成され、さらに、図示されていないが、有機ＥＬを駆動するための薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）、容量配線、容量素子、各種の配線などが形成される。アレイ基板２としては、例えば、ガラスなどの透明基板が用いられる。本実施形態では、配線層４が表示領域の近傍に形成されており、配線層５が額縁領域に形成されている。配線層５は、ＯＬＢ（Outer Lead Bonding）パッドとする。

配線層４が形成されたアレイ基板２の上には、平坦層６が形成される。

平坦層６の上には、透明電極７が形成される。透明電極７は、平坦層６の下の配線層４と電気的に接続される。透明電極７は、パターニングにより形成される。なお、透明電極７に代えて、透明電極と反射電極層とが形成されてもよい。

透明電極７の形成された平坦層６の上と、配線層４と配線層５との間のアレイ基板２の上とに、パッシベーション層８が形成される。

平坦層６の上に形成されたパッシベーション層８の上には、ＥＬ層９が形成される。ＥＬ層９は、パッシベーション層８の下の透明電極７と電気的に接続される。ＥＬ層９は、パターニングにより形成される。

ＥＬ層９の上には、電子注入層（Electron Injection Layer：ＥＩＬ）１０が形成される。電子注入層１０の一部は、配線層４の一部と電気的に接続される。

電子注入層１０の上には、陰極１１が形成される。

陰極１１の上、配線層４と配線層５との間のアレイ基板２の上に形成されたパッシベーション層８の上、及び、配線層５の一部の上には、封止層（バリア層）１２が形成される。封止層１２は、アレイ基板２の上に形成された各種の素子及び層を覆って保護する。

封止層１２の上には、充填層１３が形成される。充填層１３の上には、対向基板３が貼り合わされる。

対向基板３としては、例えば、ガラスなどの透明基板が用いられる。

対向基板３の下には、赤層１４Ｒ、緑層１４Ｇ、青層１４Ｂなどを含む色層１４と、平面視で色層１４の間に形成されるブラックマトリクス（Black Matrix:ＢＭ）１５とが形成される。

ブラックマトリクス１５の下には、タッチパネル機能用のセンサ電極１６ａが形成される。

対向基板３の上には、センサ電極１６ｂが形成される。

センサ電極１６ａ，１６ｂは、例えば、パターンニングにより形成される。本実施形態において、センサ電極１６ａは、アレイ基板２と対向基板３とが対向する方向において、ブラックマトリクス１５と重なるため、透明でもよく、透明でなくてもよい。センサ電極１６ｂは、透明電極とする。

本実施形態では、封止層１２の所定の位置に、コンタクト１７が形成される。コンタクト１７により、対向基板３に形成されたセンサ電極１６ａと、アレイ基板２の上にパターニングされた配線層５との間で、導通をとる。これにより、センサ電極１６ａと、アレイ基板２の上面側の端でコンタクト１７と電気的に接続されたフレキシブルプリント回路基板（Flexible Printed Circuits：ＦＰＣ）１８との間で、電力の供給、制御信号の送受信、タッチパネル信号の送受信が実現される。

コンタクト１７は、例えば、封止層１２の所定の位置に圧力を加え、封止層１２の所定の位置に含まれている少なくとも一つの金属パールを厚さ方向に接続することにより、形成される。金属パールとしては、例えば、金メッキパールが用いられる。

なお、例えば、エッチングなどの手法により封止層１２の所定の位置を除去し、封止層１２の除去された所定の位置に導体を形成することで、コンタクト１７が形成されてもよい。

例えば、封止層１２に穴を開け、この穴にメタル電極をパターニングすることで、コンタクト１７が形成されてもよい。

同様に、対向基板３の上面側の端では、センサ電極１６ｂとフレキシブルプリント回路基板１９とが電気的に接続される。センサ電極１６ｂと、フレキシブルプリント回路基板１９との間で、電力の供給、制御信号の送受信、タッチパネル信号の送受信が実現される。

表示装置１の額縁領域では、ブラックマトリクス１５と封止層１２との間に、シール材２７が形成される。シール材２７は、表示装置１の外部から内部へ、液体、異物が侵入することを防止する。

本実施形態では、表示装置１は、静電容量型のタッチパネル機能を備える。従って、表示装置１は、２つのセンサ電極１６ａ，１６ｂの間の容量変化を捉える。表示装置１では、対向基板３の下面側、換言すれば、対向基板３のアレイ基板２と向かい合う面側に、センサ電極１６ａが形成され、対向基板３の上面側に、センサ電極１６ｂが形成される。この２つのセンサ電極１６ａ，１６ｂの間の容量変化に基づいてタッチパネル機能が実現される。

本実施形態では、一定電位の陰極１１よりも上側に、タッチパネル機能用のセンサ電極１６ａ，１６ｂが形成され、陰極１１よりも下側に、表示用の透明電極７が形成されるため、センサ電極１６ａ，１６ｂと透明電極７とを互いに影響を受けることなく駆動可能である。

図２は、本実施形態に係る対向基板３の下面側の一例を示す平面図である。

対向基板３の下面側には、色層１４が形成されている。本実施形態において、色層１４は、赤層１４Ｒ、緑層１４Ｇ、青層１２Ｂ、白層１４Ｗを含む４色のカラーフィルタを含む。しかしながら、色層１４は、２色、３色、５色以上のカラーフィルタを含むとしてもよい。赤層１４Ｒ、緑層１４Ｇ、青層１２Ｂ、白層１４Ｗは、平面視で、ブラックマトリクス１５という黒層により、領域が分けられている。

ブラックマトリクス１５の下には、透明電極１６ａが格子状に形成されている。ブラックマトリクス１５とセンサ電極１６ａとは、平面視で重なる。

ブラックマトリクス１５は光を透過しないため、ブラックマトリクス１５の下にセンサ電極１６ａを形成した場合には、開口率が低下せず、開口部における光の透過に影響を与えず、センサ電極１６ａを形成することができる。従って、センサ電極１６ａの材料は、透明電極でもよく、センサ電極１６ａをブラックマトリクス１５の下に形成する場合には、光を透過しないメタル材料でもよい。センサ電極１６ａの材料としてメタル材料を用いることで、センサ電極１６ａの材料として低抵抗な材料を用いることができる。これにより、表示装置１を大画面化することができ、センサ電極１６ａがブラックマトリクス１５に隠れるため、表示性能が低下しない。

一方、従来のタッチパネルを貼り合わせる方式では、センサ電極として透明電極が用いられている。しかしながら、透明電極の透過率は１００％ではないため、透明電極の透過率に応じて光利用効率が低下する。透明電極の単位面積当たりの抵抗値は、例えば１００Ω／□であり、メタル材料よりも高抵抗なため、透明電極を用いた場合には、実現可能な画面サイズが制約される。

センサ電極１６ａ，１６ｂのうち駆動する側のセンサ電極をメタル材料とすることによ
り、透明電極を用いる場合よりも負荷抵抗を下げることができる。

ブラックマトリクス１５の下に格子状のセンサ電極１６ａが形成されることにより、短
冊状のセンサ電極を広く配置する場合よりも負荷容量を小さくすることができる。

センサ電極１６ａと接続される複数の配線は、一定の単位で束ねられ、引き出し配線２０が形成される。引き出し配線２０は、表示領域の外の左右の額縁領域を通って、下辺の額縁領域まで引き出される。引き出し配線２０は、下辺の額縁領域で、パッド１７１と電気的に接続され、パッド１７１に接続されているコンタクト１７を介してアレイ基板２に形成された配線層５と接続される。

図３は、本実施形態に係る対向基板３の上面側の第１の例を示す平面図である。

対向基板３は、表示領域２１と、この表示領域２１を囲む額縁領域２２とを持つ。対向基板３の上面側（タッチされる面側）には、透過透明電極材料によって短冊状（又はストライプ状）のセンサ電極１６ｂが形成される。センサ電極１６ｂの端の接続部１６ｃは、フレキシブルプリント回路基板１９と電気的に接続される。

図４は、本実施形態に係る対向基板３の上面側の第２の例を示す平面図である。

この図４の対向基板３の上面側では、この図４で図示されていない対向基板３の下面側に形成されているブラックマトリクス１５と重なるように、格子状のセンサ電極１６ａが形成される。この図４の対向基板３においては、センサ電極１６ａによる光のロスはゼロになり、センサ電極１６ａにより透過率が低下することを防止することができる。

ブラックマトリクス１５の上面側にセンサ電極１６ａが形成される場合には、センサ電極１６ａは、例えばメタル材料などのような光を透過しない材料で形成されてもよい。

図５は、本実施形態に係る表示装置１の模式的構成の一例を示す斜視図である。

表示装置１は、上述のように、アレイ基板２と対向基板３とを貼り合わせて構成される。対向基板３の上面側に、タッチパネル機能用のフレキシブルプリント回路基板１９を備える。対向基板３と向かい合うアレイ基板２の上面側に、表示及びタッチパネル機能用のフレキシブルプリント回路基板１８を備える。本実施形態においては、タッチパネル機能用のセンサ電極１６ａ，１６ｂが有機ＥＬパネルに組み込まれる。これにより、タッチパネル機能が表示装置１に内蔵され、厚み及び重量が増えず、光学的性能を犠牲にしない表示装置１を実現することができる。

図６は、従来の有機ＥＬ表示装置の模式的構成の一例を示す斜視図である。

従来の有機ＥＬ表示装置は、タッチパネル機能を実現するために、表示装置２３の上面側にタッチパネル２４を貼り合わせて構成される。タッチパネル２４の下面側に、タッチパネル機能用のフレキシブルプリント回路基板２５が備えられる。アレイ基板２の上面側に、表示用のフレキシブルプリント回路基板２６が備えられる。

このように、表示装置２３の上面側にタッチパネル２４を貼り合わせると、有機ＥＬ表示装置の厚み及び重量が増し、貼り合わせのための工程が増える。また、タッチパネル２４に透明電極を用いる必要があるため、透過率が低下し、光学特性が低下する。

図７は、本実施形態に係る対向基板３の画素の一例を示す平面図である。図７は、対向基板３の画素を上面側から見た図であり、ブラックマトリクス１５及び色層１４と、センサ電極１６ａとを重ねた平面図である。

図８は、センサ電極１６ａの一例を示す平面図である。

ブラックマトリクス１５及びセンサ電極１６ａは格子状にパターニングされている。

１つの画素Ｐは、マトリクス状に配置された４つのサブ画素を含む。４つのサブ画素は、それぞれ赤のサブ画素ＰＲ、緑のサブ画素ＰＧ、青のサブ画素ＰＢ、白のサブ画素ＰＷである。各サブ画素ＰＲ，ＰＧ，ＰＢ，ＰＷは、格子状のブラックマトリクス１５で区分けされる。

ブラックマトリクス１５の下面側には、センサ電極１６ａが形成される。画素Ｐの開口率が低下しないように、センサ電極１６ａの線幅Ｗ１は、ブラックマトリクス１５の線幅Ｗ２以下とする。これにより、センサ電極１６ａが開口率を低下させることがなく、表示性能を維持することができる。

図９は、対向基板３、アレイ基板２、フレキシブルプリント回路基板１８，１９の模式的構成の一例を示す斜視図である。この図９では、封止層１２を透明で表している。

対向基板３の上面側のセンサ電極１６ｂは、タッチパネル機能用のフレキシブルプリント回路基板１９と電気的に接続される。

対向基板３の下面側のセンサ電極１６ａは、封止層１２を貫通するコンタクト１７経由で、アレイ基板２の上面側の配線層５と電気的に接続される。配線層５は、表示及びタッチパネル機能用のフレキシブルプリント回路基板１８と電気的に接続される。

上述のように、コンタクト１７は、例えば、金属パールなどの導体を厚さ方向に接続することにより形成されてもよく、封止層１２に穴を開け、この穴にメタル電極をパターニングすることにより形成されてもよい。

これにより、対向基板３の下面側のセンサ電極１６ａとアレイ基板２のフレキシブルプリント回路基板１８とが接続され、対向基板３の下面側のセンサ電極１６ａとアレイ基板２のフレキシブルプリント回路基板１８との間で、信号を送受信することができる。

図１０は、本実施形態に係る表示装置１の表示部１Ａの表示タイミングとタッチパネル部１Ｂのタッチ検出タイミングとの関係の一例を示す図である。この図１０の横軸は時間を示す。

上記図１に示すように、陰極１１は、有機ＥＬ素子を駆動するための表示領域２１よりも、広く形成される。陰極１１は、一定の電位で固定される。表示装置１の下面側の表示部１Ａと上面側のタッチパネル部１Ｂとは、陰極１１により電気的に遮断された状態となる。

したがって、タッチパネル部１Ｂは、表示部１Ａ及び有機ＥＬ駆動回路などで発生するノイズから陰極１１により保護される。

同様に、表示部１Ａは、タッチパネル部１Ｂのセンサ電極１６ａ，１６ｂを駆動する場合に発生するノイズから陰極１１により保護される。

したがって、表示部１Ａとタッチパネル部１Ｂとの間に陰極１１を備えることにより、表示部１Ａとタッチパネル部１Ｂとを独立したタイミングで駆動可能である。

以上説明した本実施形態においては、アレイ基板２と対向基板３とが向かい合うように配置される。対向基板３の両面には、センサ電極１６ａ，１６ｂが形成される。センサ電極１６ａ，１６ｂのうちアレイ基板２と向かい合う側に形成されたセンサ電極１６ａは、コンタクト１７と接続され、コンタクト１７はアレイ基板２に形成された封止層１２を経由してアレイ基板２に形成された配線層５と電気的に接続される。

従って、本実施形態においては、表示装置１にタッチセンサを内蔵させることができ、センサ電極１６ａ，１６ｂの容量変化を検出し良好なセンシング機能を実現することができ、タッチ情報を生成することができる。

本実施形態においては、表示装置にタッチパネルが貼り合わされないため、製造工程、部材コストの増加を抑制することができる。

本実施形態においては、表示装置１の厚さ及び重量を増すことなく、タッチパネル機能を備えることができる。本実施形態に係る表示装置１の厚さ及び重量は、従来の有機ＥＬ表示装置とほぼ同等な厚さ及び重量とすることができる。

本実施形態においては、センサ電極１６ａ，１６ｂの少なくとも一方をブラックマトリ
クス１５と重ねることにより、表示品位を向上させることができる。

本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…表示装置、１Ａ…表示部、１Ｂ…タッチパネル部、２…アレイ基板、３…対向基板、４，５…配線層、６…平坦層、７…透明電極、８…パッシベーション層、９…ＥＬ層、１０…電子注入層、１１…陰極、１２…封止層、１３…充填層、１４…色層、１４Ｒ…赤層、１４Ｇ…緑層、１４Ｂ…青層、１５…ブラックマトリクス、１６ａ，１６ｂ…センサ電極、１７…コンタクト、１８，１９…フレキシブルプリント回路基板、２０…引き出し配線、２１…表示領域、２２…額縁領域、Ｐ…画素、ＰＲ…赤のサブ画素、ＰＧ…緑のサブ画素、ＰＢ…青のサブ画素、ＰＷ…白のサブ画素。

Claims (4)

1. アレイ基板と、前記アレイ基板に形成された配線層と、前記アレイ基板上に形成された有機発光層と、前記有機発光層の上に形成された封止層と、前記封止層の前記アレイ基板と反対側に形成され前記配線層と電気的に接続されたセンサ電極と、前記配線層に接続された回路基板と、を具備し、前記センサ電極は異なる方向に延伸して交差する第１のセンサ電極と第２のセンサ電極からなり、前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極は対向基板の両面に対向して配置し、前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極はそれぞれメタル材料で形成され、前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極の少なくとも一方は前記有機発光層の各々を平面視で囲むようにパターニングされ、前記対向基板の前記アレイ基板と対向する側にカラーフィルタとブラックマトリックスを形成し、前記第１のセンサ電極は前記ブラックマトリックスと平面的に重なるように前記ブラックマトリックスの前記アレイ基板と対向する側に形成されるタッチパネル機能内蔵表示装置。
2. 請求項１のタッチパネル機能内蔵表示装置において、前記回路基板は、フレキシブルプリント回路基板であることを特徴とするタッチパネル機能内蔵表示装置。
3. 請求項１又は２のタッチパネル機能内蔵表示装置において、前記第１のセンサ電極と前記配線層とは、前記封止層に設けられたコンタクトを介して電気的に接続されていることを特徴とするタッチパネル機能内蔵表示装置。
4. 請求項１又は２のタッチパネル機能内蔵表示装置において、前記封止層を通過し、前記第１のセンサ電極と前記配線層とを、電気的に接続するコンタクトを具備することを特徴とするタッチパネル機能内蔵表示装置。

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